Ein Physiologiemodell für Tactical Combat Casualty Care Training in mobilen Serious Games

367 Pages·2020·11.913 MB·German

by  Julia Hofmann

Julia Hofmann
Ein Physiologiemodell
für Tactical Combat
Casualty Care Training
in mobilen Serious
Games
Ein Physiologiemodell für Tactical
Combat Casualty Care Training in
mobilen Serious Games
Julia Hofmann
Ein Physiologiemodell
für Tactical Combat
Casualty Care Training
in mobilen Serious
Games
Julia Hofmann
Neubiberg, Deutschland
Dissertation Universität der Bundeswehr München, 2019
ISBN 978-3-658-30201-6 ISBN 978-3-658-30202-3 (eBook)
https://doi.org/10.1007/978-3-658-30202-3
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FürMarko,Lioba,JakobundMichael
Kurzfassung
SchnelleundprofessionelldurchgeführteErsteHilfeminimiertdienegativenFolgen
von Verletzungen und erhöht so die Überlebenschancen betroffener Personen. Die
Ausbildungsqualität der Erstversorger spielt dabei offensichtlich eine entscheidende
Rolle.
MedizinischspeziellweitergebildeteEinsatzkräftederBundeswehr,diesog.Erst-
Helfer-Bravo (EHB), werden daher durch kurze Lehrgänge in den internationalen
Erstversorgungsalgorithmus Tactical Combat Casualty Care (TCCC) eingewiesen.
UmdieEffizienzundEffektivitätderenAusbildungzuerhöhensowiedieVielfaltder
Übungsszenarienzusimulieren,sollalsTrainingsumgebungeinSeriousGamezum
drillmäßigenÜbendertaktischenVerwundetenversorgungeingesetztwerden.
Das Computerspiel soll den EHBs helfen - trotz knapper Ressourcen bezüglich
Ausbildungspersonal,InfrastrukturundZeit-daserlernteWissenaufrechtzuerhalten
bzw. orts- und zeitunabhängig üben und trainieren zu können. Ein derartiges Se-
riousGamewirdseit2011inRahmeneinerinterdisziplinärenStudieanderUniBw
Münchenentwickelt.
Vor diesem Hintergrund bestand die Aufgabe dieser Arbeit darin, ein Physiolo-
giemodell für die präzise Simulation bestimmter Verletzungsfolgen und deren Be-
handlungineinerSpielumgebungzukonzipierenundzuimplementieren.DasModell
solltemenschliche(Patho-)Physiologieplausibelabbildenundsichineinegenerische
Spielearchitekturleichtintegrierenlassen.UnterBerücksichtigungdieserRandbedin-
gungen wurde ein Physiologiemodell entworfen, in Java implementiert und anhand
TCCC relevanter Szenarien von praktizierenden Notfallmedizinern, die den TCCC-
AlgorithmusinderBundeswehrausbilden,validiert.
Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis ............................................ XVII
Tabellenverzeichnis............................................... XXI
Algorithmenverzeichnis ........................................... XXIII
Abkürzungen .................................................... XXV
Notationen....................................................... XXVII
TeilI MotivationundGrundlagen
1 Einleitung................................................... 3
1.1 Verwundetenversorgung................................... 3
1.1.1 TraumabehandlungalseinProzess................... 3
1.1.2 ErstversorgungimzivilenBereich ................... 5
1.1.3 VerwundetenversorgungaufdemGefechtsfeld ......... 5
1.2 HerausforderungenbeiderAusbildungderRettungskräfte ...... 6
1.3 MobileSeriousGames .................................... 7
1.4 AufgabedieserArbeit..................................... 8
1.4.1 Ein Serious Game zum TCCC-Training bei der
Bundeswehr...................................... 8
1.4.2 GenerischeSpielarchitektur......................... 8
1.4.3 DasPhysiologiemodell............................. 8
1.5 AufbauderArbeit ........................................ 10
2 Modellanforderungen......................................... 13
2.1 AuszubildendeTCCCFertigkeiten .......................... 14
2.2 AnforderungenhinsichtlichTCCCVerletzungen............... 15
2.2.1 VerletzungsmechanismusundVerletzungsmuster....... 16
2.2.2 TCCCVerletzungen ............................... 17
X Inhaltsverzeichnis
2.3 AnforderungenhinsichtlichTCCCBehandlungsmaßnahmen .... 20
2.3.1 ZurVerfügungstehendesSanitätsmaterial............. 20
2.3.2 Material-freieBehandlungsmaßnahmen .............. 22
3 ModernePhysiologiesimulation................................ 27
3.1 SimulationinInformatikundMedizin ....................... 27
3.2 SimulationmittelsmathematischerModelle .................. 28
3.2.1 DasFukui-Smith’schehybrideModell................ 29
3.2.2 SoftwarevonAnesoft.............................. 31
3.2.3 BODY™ ........................................ 32
3.2.4 HumMod ........................................ 33
3.3 Mannequin-basierteSimulation............................. 33
3.3.1 SimOne ......................................... 34
3.3.2 VonCASEbisMedSim-EaglePatientSimulator ....... 35
3.3.3 VonGASbisCAE-METISimulatoren................ 37
3.3.4 LaerdalundGaumardSimulatoren................... 42
3.3.5 ACCESS-SystemundLASSimulatoren .............. 43
3.3.6 SIMASimulator .................................. 44
3.4 Simulationin3DSeriousGames............................ 46
3.4.1 TC3Sim,TraumaCon™,CBCTSundPAM ........... 46
3.4.2 VBS3 ........................................... 48
3.4.3 OLIVE-PlattformundCBRNE...................... 50
3.4.4 CIRTS™ ........................................ 51
3.4.5 Pulse!!undCodeOrange........................... 51
3.4.6 STAT!EMTTrauma™undSTAT!ER™ ............. 52
3.4.7 HumanSim®-Plattform............................. 52
3.4.8 Sim-Patient™ .................................... 54
3.4.9 EMSS........................................... 54
3.4.10 PatientRescue,ITTundTriageTrainer ............... 55
3.4.11 ADMS-PlattformmitEMST ........................ 56
3.5 Fazit ................................................... 57
TeilII DasPhysiologiemodell
4 Grundaufbau................................................ 65
4.1 Vitalparameter,VitalsystemeundVitalzeichen ................ 65
4.2 Modellschichten ......................................... 66
Inhaltsverzeichnis XI
5 MotorischesSystem .......................................... 69
5.1 KörperteileundGelenke................................... 70
5.2 Skelett.................................................. 71
5.3 Haut ................................................... 71
5.4 KörperhaltungundPositionenderKörperteile................. 73
5.5 Fortbewegung ........................................... 73
5.6 Zusammenfassung........................................ 74
6 KardiovaskuläresSystem ..................................... 77
6.1 Blut.................................................... 78
6.1.1 Blutvolumen ..................................... 78
6.1.2 Sauerstofftransport ................................ 79
6.1.3 Kohlendioxidtransport ............................. 81
6.1.4 Blutviskosität .................................... 82
6.1.5 Zyanose ......................................... 83
6.1.6 Blutfarbe ........................................ 84
6.2 Gefäßsystem............................................. 85
6.2.1 AbbildungeinesBlutgefäßes........................ 86
6.2.2 BereichederMikrozirkulation ...................... 87
6.2.3 SystemischerKreislauf............................. 89
6.2.4 Pulmonalkreislauf................................. 89
6.2.5 Hämodynamik.................................... 91
6.2.6 InitialisierungdesGefäßsystems..................... 92
6.2.7 Druck-Volumen-VerteilungimGefäßsystem ........... 95
6.2.8 SimulationdesBlutflussesinnerhalbeinerHerzperiode . 98
6.3 Herz ................................................... 99
6.3.1 Herzzeitvolumen.................................. 99
6.3.2 Frequenz ........................................ 100
6.3.3 Schlagvolumen ................................... 100
6.3.4 Puls............................................. 101
6.3.5 SimulationeinesHerzschlages ...................... 106
6.3.6 Ventrikelfüllungsmechanismen...................... 108
6.3.7 Koronardurchblutung .............................. 109
6.3.8 Frank-Starling-Mechanismus........................ 112
6.3.9 Herzsympathikus ................................. 114
6.4 Kreislaufregulation ....................................... 115
6.4.1 RegulationdesarteriellenBlutdrucks................. 116
6.4.2 RegulationlokalerGewebedurchblutung .............. 117
6.4.3 RegulationdesBlutvolumens ....................... 119
6.5 Zusammenfassung........................................ 121
XII Inhaltsverzeichnis
7 RespiratorischesSystem ...................................... 125
7.1 Luftwege................................................ 125
7.1.1 Aufbau .......................................... 125
7.1.2 Funktion......................................... 126
7.1.3 Zustand ......................................... 126
7.2 Lunge .................................................. 128
7.2.1 Lungenvolumina .................................. 129
7.2.2 AbbildungderLungeaufHautregionen............... 130
7.2.3 AtemgaseinderLunge............................. 130
7.3 Pleuraspalt .............................................. 130
7.4 Brusthöhle .............................................. 131
7.4.1 Aufbau .......................................... 131
7.4.2 BerechnungderVoluminaallerBrustorgane........... 132
7.5 DiffusionderAtemgaseüberdiealveoläreMembran ........... 137
7.5.1 Partialdruckdifferenzen ............................ 137
7.5.2 Gasaustauschfläche................................ 138
7.5.3 Löslichkeitskoeffizienten ........................... 139
7.5.4 Gasdiffusionskoeffizienten.......................... 140
7.6 Atem................................................... 140
7.6.1 Atemfrequenz .................................... 141
7.6.2 Atemzugvolumen ................................. 142
7.6.3 Totraum ......................................... 144
7.6.4 Atemrhythmus.................................... 144
7.6.5 Atemmuster...................................... 145
7.6.6 Brustkorbbewegung ............................... 145
7.6.7 Atemnebengeräusche .............................. 147
7.7 Atemregulation .......................................... 149
7.7.1 CO -Antwortkurve................................ 149
2
7.7.2 O -Antwortkurve ................................. 151
2
7.7.3 ZusammenführungchemosensorischerEinflüsse ....... 152
7.8 SimulationeinesAtemzuges ............................... 152
7.9 Zusammenfassung........................................ 154
8 EndokrinesSystem........................................... 157
8.1 Adrenalin ............................................... 158
8.1.1 Konzentration .................................... 158
8.1.2 TransportzuZielzellenundAktivierung .............. 159
8.1.3 Wirkung......................................... 160
8.1.4 Abbau........................................... 163
8.2 Zusammenfassung........................................ 164